JP2011206451A

JP2011206451A - 薄型平面超音波プローブ、および、超音波診断装置

Info

Publication number: JP2011206451A
Application number: JP2010079683A
Authority: JP
Inventors: Yasuhito Watanabe; 泰仁渡邊
Original assignee: Panasonic Corp
Current assignee: Panasonic Corp
Priority date: 2010-03-30
Filing date: 2010-03-30
Publication date: 2011-10-20

Abstract

【課題】広範囲を死角なく、大規模な装置を使用せずに走査すること。
【解決手段】複数のプローブモジュール１０２と、前記複数のプローブモジュールをコントロールするプローブモジュールメインコントローラ１０３を有し、人間の体との間に隙間なく貼り付けられるような薄型平面超音波プローブ１０１であり、複数のプローブモジュール１０２がそれぞれ死角のないような適切な位置に配置され、プローブモジュールメインコントローラ１０３が複数のプローブモジュールを適切に制御することにより、大規模な装置も必要とせず広範囲を死角なく走査することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、超音波を送受信し、超音波断層像を表示する超音波診断装置および方法に関するものである。特に、本発明は、手動で超音波プローブを操作することを必要とせず、広範囲の検査範囲を死角なく診ることができる装置および方法に関するものである。

従来の薄型平面超音波プローブを有する超音波診断装置としては、使い捨てパッドにより人間の身体にしっかりと取り付けられた薄型の大口径マトリックスベースの薄型平面超音波プローブを有する超音波診断装置があった（例えば、特許文献１参照）。図１５は、前記特許文献１に記載された従来の薄型平面超音波プローブを有する超音波診断装置を示すものである。

図１５において、１０はマトリックス超音波プローブであり、複数のマトリックス超音波プローブのパッチが患者に張られ、広範囲を診ることが可能である。本発明は特に、肋骨の下にある撮像標的に対して、肋骨による影響がないように音響走査線を制御する。

また、広範囲の検査が可能な従来の超音波診断装置としては、「水槽式（水浴式）」と呼ばれる超音波乳房撮像法があった（たとえば、特許文献２参照）。図１６は前記特許文献2に記載された従来の「水槽式（水浴式）」と呼ばれる超音波乳房撮像法を示すものである。乳房を水槽中に垂下浸漬し、その下方に配置された超音波プローブを機械的に走査して乳房全領域を撮像する方法である。この水槽式では乳房は保形のために柔軟な薄膜を介して水槽中に浸漬されるが、乳房全体を隆起のあるほぼ自然な形のままで撮像することができる。

特表２００８−５３８７１６号公報特許第３７１１３３１号公報

しかしながら、前記従来の構成では、大規模な特殊な装置が必要という課題と有していた。また複数の大口径マトリックスはそれぞれ独立しているので、広範囲の領域を診るためには死角が生じるという課題が生じていた。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、操作者の熟練度がなくても広範囲を見ることができ、過去とのデータの比較が可能でかつ大規模な装置が必要のなく、走査の死角が生じない薄型平面超音波プローブを有する超音波診断装置を提供することを目的とする。

前記従来の課題を解決するために、本発明の薄型平面超音波プローブを有する超音波診断装置は、複数のプローブモジュールと、前記複数のプローブモジュールをコントロールするプローブモジュールメインコントローラを有し、人間の体との間に隙間なく貼り付けられるような薄型平面超音波プローブを有する。

本構成によって、前記複数のプローブモジュールが前記プローブモジュールメインコントローラによって制御されることによってより広範囲を効率的に走査することができる。

また、本発明の薄型平面超音波プローブを有する超音波診断装置は、前記プローブモジュールは複数の圧電素子やｃＭＵＴなどの超音波を送受信する素子、アナログ信号からデジタル信号へ変換するＡ／Ｄ変換器、デジタル信号を圧縮する圧縮器、複数の信号を多重化する多重化器を有する。

本構成によって、少ない信号線でデータを伝送することができる。
また、本発明の薄型平面超音波プローブを有する超音波診断装置は、前記各プローブモジュールに固有のモジュールIDが設定されている特徴を有する。

本構成によって、プローブモジュールメインコントローラがプローブモジュールごとの制御をすることができる。

また、本発明の薄型平面超音波プローブを有する超音波診断装置は、各プローブモジュールは、探査する深さに応じた走査範囲を考慮して、平面プローブ上に配置されている特徴を有する。

本構成によって、死角の生じない走査をすることができる。
また、本発明の薄型平面超音波プローブを有する超音波診断装置は、平面プローブの体内側には人間の体との間に隙間なく貼り付けられるようにするために人体と同じような音響特性の厚さ調整部をとりつけることが可能であり、この厚さ調整部の厚さを変えることが可能な請求項１に記載の薄型平面超音波プローブを有する。

本構成によって、プローブの位置が固定され、また浅い位置での検査でもプローブモジュールを多くすることなく走査することができる。

また、本発明の薄型平面超音波プローブを有する超音波診断装置は、特に乳癌用の超音波プローブにおいて、円形でかつ切れ込みが入っている特徴を有する。

本構成によって、乳房との間に隙間なく薄型平面超音波プローブをつけることができる。

また、本発明の薄型平面超音波プローブを有する超音波診断装置は、薄型平面超音波プローブのプローブモジュールがない部分には、複数の空気穴が開いており、空気を抜くことができる特徴を有する。

本構成によって、プローブと体の間に生じる空気を抜くことができ、良好な検査をすることができる。

また、本発明の薄型平面超音波プローブを有する超音波診断装置は、薄型平面超音波プローブの素材には金属粒子などを混入させた熱伝導率の高い素材を使用している特徴を有する。

本構成によって、薄型平面超音波プローブで生じる熱を効率的に放熱することができる。

また、本発明の薄型平面超音波プローブを有する超音波診断装置は、各プローブモジュールからプローブモジュールメインコントローラまでの配線は、平面プローブの外側を通り、放熱に利用される特徴を有する。

また、本発明の薄型平面超音波プローブを有する超音波診断装置は、特に乳癌用の超音波プローブにおいて、円形でかつ穴が開いている特徴を有する。

また、本発明の薄型平面超音波プローブを有する超音波診断装置は、プローブモジュールメインコントローラは距離の離れた複数のプローブモジュールを同時に動作することができる特徴を有する。

本構成によって、より効率的でフレームレートの高い検査をすることができる。

また、本発明の薄型平面超音波プローブを有する超音波診断装置は、プローブモジュールメインコントローラに無線回路が搭載されている特徴を有する。

本構成によって、超音波診断装置とプローブ間をケーブルで繋げる必要がなくなる。

本発明の薄型平面超音波プローブを有する超音波診断装置によれば、大規模な特殊な装置を必要とせずに広範囲を死角が生じずに検査をすることができる。

本発明の実施の形態１における薄型平面超音波プローブの上面図である。本発明の実施の形態１における薄型平面超音波プローブの断面図である。本発明の実施の形態１における薄型平面超音波プローブのプローブモジュール構成図である。本発明の実施の形態１における薄型平面超音波プローブのプローブモジュールサブコントローラの構成図である。本発明の実施の形態１における５ｃｍの深さを走査する場合の説明図である。本発明の実施の形態１における２ｃｍの深さを走査する場合の説明図である。本発明の実施の形態１における５ｃｍの深さを走査する場合の説明図である。本発明の実施の形態１における２ｃｍの深さを走査する場合の説明図である。本発明の実施の形態１におけるプローブモジュールサブコントローラとプローブモジュールメインコントローラの接続図である。本発明の実施の形態１におけるプローブモジュールの１動作を示す図である。本発明の実施の形態１におけるプローブモジュールの１動作を示す図である。本発明の実施の形態２における薄型平面超音波プローブの構成図である。本発明の実施の形態３における薄型平面超音波プローブの構成図である。従来の薄型平面超音波プローブを有する超音波診断装置の構成図である。従来の広範囲の検査が可能な従来の超音波診断装置の構成図である。従来の水槽式（水浴式）超音波乳房撮像法を示す図である。

以下本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態１における薄型平面超音波プローブの構成図である。図１において、薄型平面超音波プローブ１０１は、超音波信号を送受信する複数のプローブモジュール１０２と複数のプローブモジュールを効率的に操作するプローブモジュールメインコントローラ１０３と前記プローブモジュール１０２とプローブモジュールメインコントローラを設置するために薄型のシート１０４を有する構成となっている。

図２は、本発明の実施の形態１における薄型平面超音波プローブの構成図である。図２において、薄型平面超音波プローブ１０１と人体１１１との間には湿潤性レジンのようなジェル状の厚さ調整部１１０を有する構成となっている。

図３は、本発明の実施の形態１における薄型平面超音波プローブにおけるプローブモジュールの構成図である。図２において、プローブモジュール１０２は、超音波信号を送受信する複数の送受信素子１０５と複数の送受信素子１０５を制御してプローブモジュールメインコントローラと通信をするプローブモジュールサブコントローラ１０６を有する構成となっている。

図４は、本発明の実施の形態１におけるプローブモジュールサブコントローラの構成図である。図３においてプローブモジュールサブコントローラは超音波信号を送受信する複数の送受信素子１０５からの信号を増幅させるＡＭＰ１０７とアナログ信号をデジタル信号に変換するＡＤＣと複数のデジタル信号を圧縮しかつ１つの信号にまとめるＭＵＸ１０９を有する構成になっている。

図１４は、本発明の実施の形態１における薄型平面超音波プローブにおけるプローブモジュールの構成図である。図２において、プローブモジュール１０２は、超音波信号を送受信する複数の送受信素子１０５と複数の送受信素子１０５を制御してプローブモジュールメインコントローラと通信をするプローブモジュールサブコントローラ１０６を有する構成となっている。

次に図１〜１１、図１４を参照して、本実施の形態における薄型平面超音波プローブを有する超音波診断装置の動作について説明する。薄型平面超音波プローブ１０１は人体との間に隙間なく貼り付けることができるように薄型のシート１０４上にプローブモジュール１０２とプローブモジュールメインコントローラが設置されている。薄型平面超音波プローブ１０１は例えば乳癌用としては、図１に示すように円形状で切れ込みが入った形をしている。このようにすることで、検査部位が平らではない部分でも人体と密着するような構造をとる。また薄型平面超音波プローブ１０１は人体との間に厚さ調整部１１０を持つ。厚さ調整部１１０は湿潤性レジンのような密着性の高い素材を用いて人体と密着できるようになっている。また厚さ調整部１１０は、薄型平面超音波プローブ１０１と人体の音響インピーダンスがマッチングするような音響特性（例えば人体と同等の音響インピーダンスが１．５）を持ち、低損失の特性を持つことが好ましい。このようにすることでプローブからの信号が人体へと届くまでに減衰することを防ぐ。またこの厚さ調整部１１０は取り外しが可能とし、例えば検査する人が変わるごとにこの部分のみを変えることで衛生的に良好となる。また厚さ調整部１１０は検査する部位の深さに合わせてその厚さを変えることができる。特に浅い部位を走査する際には、厚めの厚さ調整部１１０を使用するとよい。

各プローブモジュールが例えば、図３に示すように６４ｃｈの超音波送受信素子１０５が６列並ぶような構成を持ち、その超音波送受信素子１０５がプローブモジュールサブコントローラ１０６に接続されているような構成をもっているとする。送受信素子は、従来の圧電素子でもよいし、ｃＭＵＴやｐＭＵＴなどを用いてもよい。この時、６４ｃｈ側の超音波送受信素子１０５の素子郡の長さを１４ｍｍ、６列側の長さを３ｍｍとし、１プローブモジュールは１４ｘ３ｍｍと仮定する。この時、長軸側の走査範囲を開き角９０°、短軸側の走査範囲の開き角を６０°とする。５ｃｍの深さを走査すると仮定すると、１プローブモジュールの走査範囲は図５に示すように、１１．４ｃｍ×５．９ｃｍとなる。このプローブモジュール１０２を、乳癌を考慮して直径２０ｃｍの範囲を全部網羅するようにするためには、図７に示すように計８個のプローブモジュールを配置すればよい。同様に深さ２ｃｍのような浅い部分を走査すると仮定すると１プローブモジュールの走査範囲は図６に示すように、５．４ｃｍ×２．６ｃｍとなる。このプローブモジュール１０２を、乳癌を考慮して直径２０ｃｍの範囲を全部網羅するようにするためには、図８に示すように計２８個のプローブモジュール１０２を配置すればよい。このように浅い部分を走査するためには多数の素子が必要となるが、図２で示した厚さ調整部１１０の厚さを３ｃｍの厚さとすると湿超音波送受信素子１０５から深さ２ｃｍまでは計５ｃｍとなるため、５ｃｍの深さと同様に８個のプローブモジュール１０２を設置すればよくなる。このようにすることで深さの異なる部位でも基本となるプローブは１つですむようになる。このように各プローブモジュール１０２の走査範囲と診察する深さとを考慮して各プローブモジュール１０２の配置を最適に設定する。各プローブモジュールの超音波送受信素子１０５は、例えば図１４に示すように４ｘ４の超音波送受信素子１０５が集まっていてもよいし、通常のマトリックスアレイとしてもよい。また、超音波送受信素子１０５は送信素子と受信素子を分けて配置してもよい。

プローブモジュールサブコントローラ１０６は、プローブモジュールメインコントローラ１０３と接続されている。例えば、図９に示すようにプローブモジュールメインコントローラ１０３に６つのプローブモジュールサブコントローラ１０６が接続されているとする。各プローブモジュール１０２にはそれぞれ異なるＩＤが割り振られている。図９ではＩＤ０〜６までが割り振られている。プローブモジュールメインコントローラ１０３は、各プローブモジュールサブコントローラ１０６が干渉しないように１つずつ動作してもよい。例えば、図１０に示したようにプローブモジュールメインコントローラ１０３から各プローブモジュール１０２にアクティブ信号を送信し、アクティブ状態であれば、その期間だけプローブモジュール１０２を動作させる。

プローブモジュールサブコントローラ１０６の配置位置が、超音波信号が影響しない程度に遠い位置にある場合は、より短時間で走査を終わることができるように同時に動かしてもよい。例えば図１１に示すようにＩＤ０とＩＤ３、ＩＤ１とＩＤ４、ＩＤ２とＩＤ５が十分遠い位置にある場合にはアクティブ信号を同時にＯＮとすることで図１０に示した方法に比べて半分の時間で広範囲を走査できるようになる。

アクティブとなった各プローブモジュールは、従来の超音波診断装置と同様に超音波信号をビームフォーミングに基づいて体内に送出する。体内に送出された超音波信号の反射波を超音波送受信素子１０５が受信する。以下図４を用いて説明を行う。超音波送受信素子１０５が受信した信号は、ＡＭＰ１０７によって増幅され、次にＡＤＣ１０８によってアナログ信号からデジタル信号に変換される。次にＡＤＣ１０８の出力信号はＭＵＸ１０９に入力され、例えば８ｃｈの信号が１ｃｈの信号に圧縮・多重化される。隣接した信号は非常に相関が高いことから、この相関特性を応用したアルゴリズムを用いた圧縮方法を用いるとよい。本例では８ｃｈの信号を１ｃｈの信号に圧縮・多重化したが、より多くのチャンネルを１ｃｈにまとめてもよいし、ＭＵＸ１０９の後にさらに多重化ＭＵＸ１０９を用いてもよい。圧縮・多重化された信号はプローブモジュールメインコントローラに送信される。このように圧縮・多重化することで配線を少なくし、作りやすくすることが可能となる。また、配線は体内側と反対の空気に触れる側に引くことによって超音波送受信素子１０５によって生成される熱を、配線を通じて逃がすようにしてもよい。

薄型平面超音波プローブ１０１を構成する薄型のシート１０４の素材には金属粒子などを混入させた熱伝導率の高い素材を体内側と反対の空気に触れる側に使用とよい。このようにすることで超音波送受信素子１０５によって生成される熱を体内と反対側に排熱することが出来るようになる。

薄型平面超音波プローブ１０１を構成する薄型のシート１０４には空気孔が複数開いていてもよい。この穴から体表と薄型平面超音波プローブ１０１に入ってしまう空気を抜くことが可能である。この空気孔に空気を吸引する器具を用いて、空気を抜いてもよい。

プローブモジュールメインコントローラは有線で超音波診断装置に受信信号を送ってもよいし、プローブモジュールメインコントローラに内蔵されている無線を用いて、無線でデータを送信してもよい。

本発明にかかる薄型平面超音波プローブを有する超音波診断装置は、以上より大規模な装置も必要とせず広範囲を死角なく走査することが可能である。

（実施の形態２）
図１２は、本発明の実施の形態２の薄型平面超音波プローブの構成図である。図１２において、図１同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図１２において、薄型平面超音波プローブ１０１は例えば乳癌用としては、図１２に示すように円形状で、プローブモジュール１０２や配線のないところに穴が開くような形をしている。このようにすることで、検査部位が平らではない部分でも人体と密着するような構造をとる。

（省略以下、実施の形態１の記載方法と同様とする）

（実施の形態３）
図１３は、本発明の実施の形態３の薄型平面超音波プローブの構成図である。図１３において、図１同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

図１３において、薄型平面超音波プローブ１０１は例えば腹部用としてプローブモジュール等を設置したものである。例えば、中央部分に信号インターフェースを持たせることにより、図１に示した乳癌用と共通できるような扇形の構成を利用して、走査範囲に応じた形状にしてもよい。このようにすることで、検査部位に応じて密着するような構造をとる。

（省略以下、実施の形態１の記載方法と同様とする）

本発明は、超音波プローブに適用でき、特に薄型平面超音波プローブを有する超音波診断装置等に適用できる。

１０１薄型平面超音波プローブ
１０２プローブモジュール
１０３プローブモジュールメインコントローラ
１０４薄型のシート
１０５送受信素子
１０６プローブモジュールサブコントローラ
１０７ＡＭＰ
１０８ＡＤＣ
１０９ＭＵＸ
１１０厚さ調整部
１１１人体

Claims

複数のプローブモジュールと、
前記複数のプローブモジュールをコントロールするプローブモジュールメインコントローラを有し、
人間の体との間に隙間なく貼り付けることが可能な薄型平面超音波プローブ。
前記プローブモジュールは複数の圧電素子やｃＭＵＴ、ｐＭＵＴなどの超音波を送受信する素子、
アナログ信号からデジタル信号へ変換するＡ／Ｄ変換器、
デジタル信号を圧縮する圧縮器、
複数の信号を多重化する多重化器を有する
ことを特徴とする請求項１に記載の薄型平面超音波プローブ。
各プローブモジュールには固有のモジュールＩＤが設定されている
ことを特徴とする請求項１に記載の薄型平面超音波プローブ。
各プローブモジュールは、探査する深さに応じた走査範囲を考慮して、平面プローブ上に配置されている
ことを特徴とする請求項１に記載の薄型平面超音波プローブ。
平面プローブの体内側には人間の体に隙間なく貼り付けるために、人体と同じような音響特性の厚さ調整部をとりつけることが可能であり、この厚さ調整部の厚さを変えることが可能な
請求項１に記載の薄型平面超音波プローブ。
乳癌用の超音波プローブであって、
円形でかつ切れ込みが入っている
ことを特徴とする請求項１に記載の薄型平面超音波プローブ。
薄型平面超音波プローブのプローブモジュールがない部分には、複数の空気穴が開いており、空気を抜くことができる
請求項１に記載の薄型平面超音波プローブ。
薄型平面超音波プローブの素材には金属粒子などを混入させた熱伝導率の高い素材を使用している
ことを特徴とする請求項１に記載の薄型平面超音波プローブ。
各プローブモジュールからプローブモジュールメインコントローラまでの配線は、平面プローブの外側を通り、放熱に利用される
ことを特徴とする請求項１に記載の薄型平面超音波プローブ。
乳癌用の超音波プローブであって、
円形でかつ穴が開いている
ことを特徴とする請求項１に記載の薄型平面超音波プローブ。
プローブモジュールメインコントローラは距離の離れた複数のプローブモジュールを同時に動作することができる
ことを特徴とする請求項１に記載の薄型平面超音波プローブ。
プローブモジュールメインコントローラに無線回路が搭載されている
ことを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の薄型平面超音波プローブ。
請求項１２に記載の薄型平面超音波プローブと、
前記薄型平面超音波プローブから送られた情報を受信する受信部を備えた、
超音波診断装置。